WO2025243792A1 - ソルダペースト、及び接合体の製造方法 - Google Patents

ソルダペースト、及び接合体の製造方法

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WO2025243792A1
WO2025243792A1 PCT/JP2025/016031 JP2025016031W WO2025243792A1 WO 2025243792 A1 WO2025243792 A1 WO 2025243792A1 JP 2025016031 W JP2025016031 W JP 2025016031W WO 2025243792 A1 WO2025243792 A1 WO 2025243792A1
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mass
alloy powder
solder
solder alloy
less
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English (en)
French (fr)
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滋人 鈴木
直正 岡
俊輔 小賀
貴大 松藤
朋子 ▲高▼木
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Senju Metal Industry Co Ltd
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Senju Metal Industry Co Ltd
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0205—Non-consumable electrodes; C-electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400°C
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C13/00—Alloys based on tin

Definitions

  • the present invention relates to a solder paste and a method for manufacturing a bonded body.
  • SiP system-in-package
  • multiple heating soldering steps may be required to interconnect multiple components into an assembly.
  • Multi-step soldering interconnections require solders with different liquidus temperatures to prevent re-melting of the solder melted in a previous heating step during a subsequent heating step.
  • SnAgCu solder is used for interconnections in the first soldering step.
  • SnAgCu solder which is widely used as a lead-free solder, has a liquidus temperature that is higher than that of SnPb eutectic solder. Therefore, in soldering steps from the second step onward, the liquidus temperature of the solder must be set lower than that of SnAgCu solder.
  • Sn—Bi-based lead-free solder is known as a so-called low-temperature solder, which has a low liquidus temperature.
  • the typical alloy composition of Sn—Bi-based lead-free solder is brittle due to the large amount of Bi contained.
  • the low melting temperature of the alloy results in poor reliability against thermal fatigue.
  • solder pastes that combine two or more solder alloy powders with different compositions, where the liquidus temperature of one solder alloy powder is lower than the solidus temperature of the other solder alloy powder, methods for forming assemblies using this solder paste, and methods for forming soldered joints using this solder paste (see, for example, Patent Document 1).
  • solder pastes As electronic components continue to become smaller and more sophisticated, even conventional solder pastes are required to have higher performance. However, in a solder paste using solder alloy powders with different liquidus temperatures as described above, there is a risk that the solder alloy powder may not melt depending on the heating conditions. Furthermore, in such a solder paste, since the properties of each solder alloy powder are different, it is difficult to control the properties (impact resistance, heat resistance, etc.) of the solder joint formed, and it is also difficult to predict the differences in properties that will be achieved depending on the combination of solder alloy powders.
  • the present invention was made in consideration of the above circumstances, and provides a solder paste that improves the melting properties, impact resistance, and heat resistance of the paste, as well as a method for manufacturing a bonded body using the same.
  • the present invention adopts the following configuration.
  • a solder paste comprising a first solder alloy powder, a second solder alloy powder, and a flux
  • the first solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and In, with an Ag content of 2.9% by mass or more and an In content of more than 17% by mass
  • the second solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and Cu, with a Cu content of less than 2% by mass
  • the mixing ratio of the first solder alloy powder to the second solder alloy powder is 45 parts by mass or more and 65 parts by mass or less, and 35 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the second solder alloy powder.
  • solder paste described in [1] wherein the first solder alloy powder has an Ag content of 2.9% by mass or more and 4.5% by mass or less, an In content of 18% by mass or more and 22% by mass or less, and the remainder being Sn.
  • a method for producing a bonded body comprising the step of obtaining a bonded body by soldering, wherein heating is performed during the soldering using the solder paste described in any one of [1] to [4].
  • % indicating alloy composition means “% by mass” unless otherwise specified.
  • the solidus temperature and liquidus temperature of the alloy are temperatures measured by differential thermal analysis.
  • the average particle size of the first solder alloy powder and the average particle size of the second solder alloy powder are the average particle size on a volume basis for each solder alloy particle group.
  • the present invention provides a solder paste that can improve the melting properties, impact resistance, and heat resistance of the paste, as well as a method for manufacturing a bonded body using the same.
  • FIG. 10 is a diagram showing a reflow profile in the evaluation of the melting property of a paste.
  • FIG. 1 is a diagram showing the evaluation criteria for evaluating the melting properties of a paste.
  • solder paste includes a first solder alloy powder, a second solder alloy powder, and a flux.
  • the first solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and In, with an Ag content of 2.9 mass% or more and an In content of more than 17 mass%
  • the second solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and Cu, with a Cu content of less than 2 mass%.
  • the mixing ratio of the first solder alloy powder to the second solder alloy powder is 45 parts by mass or more and 65 parts by mass or less of the first solder alloy powder, and 35 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the second solder alloy powder.
  • the solder paste of this embodiment is suitable for soldering applications at low to medium temperatures (150 to 210°C), and is suitable for soldering at temperatures, for example, where the peak soldering temperature is lower than the peak temperature when Sn-Ag-Cu solder is heated.
  • the solder paste of this embodiment uses a first solder alloy powder and a second solder alloy powder having different liquidus temperatures, in which the first solder alloy powder containing In has a relatively lower liquidus temperature than the second solder alloy powder containing Sn, Ag, and Cu. When using the solder paste of this embodiment, it can be designed to be heated at a peak temperature that is lower than the solidus temperature of the second solder alloy powder and higher than the liquidus temperature of the first solder alloy powder.
  • the first solder alloy powder contains Sn, Ag, and In.
  • the Ag content is 2.9% by mass or more, and may be 2.9% by mass to 4.5% by mass, 3.0% by mass to 4.5% by mass, 3.1% by mass to 4.5% by mass, or 3.1% by mass to 4.0% by mass, for example, 3.1%, 3.2%, 3.5%, 3.9%, 4%, or 4.5% by mass.
  • the In content is more than 17 mass%, and may be 18 mass% or more, 18 mass% to 25 mass% or less, or 18 mass% to 22 mass% or less, for example, the In content may be 18 mass%, 20 mass%, or 22 mass%.
  • the content of Sn relative to the total mass of the first solder alloy powder is the remainder, and may be 90 mass % or more.
  • the alloy constituting the first solder alloy powder may contain metal elements other than Sn, Ag, and In.
  • metal elements other than Sn, Ag, and In include Cu, Ni, Bi, Ge, P, Co, Ga, Zn, Sb, Pb, Au, Al, Pt, Pd, Fe, Mn, Zr, and As.
  • the first solder alloy powder may also contain unavoidable impurities.
  • the solder paste of this embodiment may contain two or more types of first solder alloy powders with different alloy compositions or particle sizes.
  • a preferred first solder alloy powder is a powder of an alloy containing Sn, Ag, and In, with the Ag content being 2.9% by mass or more and 4.5% by mass or less, and the In content being 18% by mass or more and 22% by mass or less; a more preferred first solder alloy powder is a powder of an Sn-Ag-In alloy with an Ag content being 3.1% by mass or more and 4.5% by mass or less, an In content being 18% by mass or more and 22% by mass or less, and the remainder being Sn.
  • the mass ratio expressed by In/Ag is preferably 7.0 or less, and may be 4.0 or more and 7.0 or less, 4.4 or more and 6.9 or less, or 5.0 or more and 6.5 or less.
  • the mass ratio expressed by In/Ag is equal to or less than the upper limit of the above-mentioned preferred range, the strength of the solder itself (solder bulk) increases, and the heat resistance of the solder joint is more likely to be improved.
  • the mass ratio is equal to or greater than the lower limit of the above-mentioned range, incomplete melting of the paste is prevented, making it easier to form a strong joint, and the impact resistance of the solder joint is more likely to be improved.
  • the solidus temperature of the first solder alloy powder is, for example, 135°C or higher and 150°C or lower, and may be 140°C or higher and 145°C or lower.
  • the liquidus temperature of the first solder alloy powder is, for example, 180°C or higher and 200°C or lower, and may be 190°C or higher and 200°C or lower.
  • the particle size of the first solder alloy powder is not particularly limited, and may be of the same size as that used in ordinary solder pastes, and soldering to fine components is possible if the powder has a size (particle size distribution) corresponding to symbols 1 to 8 in the powder size classification (Table 2) in JIS Z 3284-1:2014.
  • the first solder alloy powder has an average particle size of 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the first solder alloy powder here means the particle size at an integrated value of 50% in the particle size distribution measured by a laser diffraction scattering particle size distribution measuring device.
  • the second solder alloy powder contains Sn, Ag, and Cu.
  • the Cu content is more than 0 mass% and less than 2 mass%, and may be 1.5 mass% or less, 0.3 mass% to 1.5 mass% or less, or 0.3 mass% to 1 mass% or less, for example, 0.3 mass%, 0.5 mass%, or 1 mass%.
  • the Ag content relative to the total mass of the second solder alloy powder is, for example, 2.9 mass% or more, or may be 2.9 mass% to 4 mass% or 2.9 mass% to 3.8 mass%.
  • the Ag content may be 2.9 mass%, 3.0 mass%, 3.8 mass%, or 4 mass%.
  • the content of Sn relative to the total mass of the second solder alloy powder is the remainder, and may be 90 mass % or more.
  • the alloy constituting the second solder alloy powder may contain metal elements other than Sn, Ag, and Cu, such as Ni, Bi, In, Ge, P, Co, Ga, Zn, Sb, Pb, Au, Al, Pt, Pd, Fe, Mn, Zr, and As.
  • the second solder alloy powder may also contain unavoidable impurities.
  • the solder paste of this embodiment may contain two or more types of second solder alloy powders with different alloy compositions and particle sizes.
  • a preferred second solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and Cu, with the Ag content being 2.9% by mass or more and 4% by mass or less, and the Cu content being 0.3% by mass or more and 1% by mass or less; a more preferred second solder alloy powder is an Sn-Ag-Cu alloy powder with the Ag content being 2.9% by mass or more and 4% by mass or less, the Cu content being 0.3% by mass or more and 1% by mass or less, and the remainder being Sn.
  • the mass ratio expressed as Ag/Cu is preferably 10 or less, and may be 3 or more and 10 or less, 5.5 or more and less than 8, or 5.8 or more and 7.6 or less.
  • the mass ratio expressed as Ag/Cu is within the above range, the melting property of the paste, the impact resistance of the soldered joint, and the heat resistance of the soldered joint are more likely to be improved.
  • the solidus temperature of the second solder alloy powder is, for example, 205°C or higher and 225°C or lower, and may be 210°C or higher and 220°C or lower.
  • the liquidus temperature of the second solder alloy powder is, for example, 215°C or higher and 235°C or lower, and may be 215°C or higher and 230°C or lower.
  • the particle size of the second solder alloy powder is not particularly limited, and may be of the same size as that used in ordinary solder pastes, and soldering to fine components is possible if the second solder alloy powder has a size (particle size distribution) corresponding to symbols 1 to 8 in the powder size classification (Table 2) in JIS Z 3284-1:2014.
  • the second solder alloy powder has an average particle size of 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the second solder alloy powder here means the particle size at an integrated value of 50% in the particle size distribution measured by a laser diffraction scattering particle size distribution measuring device.
  • the mixing ratio of the first solder alloy powder to the second solder alloy powder is 45 parts by mass or more and 65 parts by mass or less of the first solder alloy powder, and 35 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the second solder alloy powder.
  • the mixing ratio of the two is preferably 45 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the first solder alloy powder and 45 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the second solder alloy powder, and more preferably 45 parts by mass or more and 50 parts by mass or less of the first solder alloy powder and 50 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the second solder alloy powder.
  • the mixing ratio of the two is preferably 55 parts by mass or more and 65 parts by mass or less of the first solder alloy powder and 35 parts by mass or more and 45 parts by mass or less of the second solder alloy powder, and more preferably 60 parts by mass or more and 65 parts by mass or less of the first solder alloy powder and 35 parts by mass or more and 40 parts by mass or less of the second solder alloy powder.
  • the flux is not particularly limited, and may contain, for example, rosin as a resin component, a solvent, an activator, a thixotropic agent, and the like.
  • the activator include organic acids, halogen compounds, amine compounds, etc.
  • the thixotropic agent include ester-based thixotropic agents, amide-based thixotropic agents, sorbitol-based thixotropic agents, cellulose nanofibers, etc.
  • the flux content is preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 15% by mass or less, relative to the total mass of the solder paste; and the combined content of the first solder alloy powder and the second solder alloy powder is preferably 70% by mass or more and 95% by mass or less, and more preferably 85% by mass or more and 95% by mass or less, relative to the total mass of the solder paste.
  • the solder paste of this embodiment may optionally contain a metal powder other than the first solder alloy powder and the second solder alloy powder.
  • a metal powder other than the first solder alloy powder and the second solder alloy powder.
  • metals that may be contained include Sn, Ag, Cu, In, Bi, Ni, Ge, P, Co, Ga, Zn, Sb, Pb, Au, Al, Pt, Pd, Fe, Mn, Zr, and As. These metals may be contained alone or in combination of two or more.
  • the metal powder may be two or more types of powder having different compositions or particle sizes.
  • the metal powder may have a surface plated with a metal different from the metal constituting the metal powder, or may contain a resin powder or carbon fiber.
  • the resin powder may be a plastic powder
  • the carbon fiber may be a carbon fiber.
  • the resin powder or carbon fiber may be two or more types of powder having different compositions or particle sizes.
  • the resin powder or carbon fiber may have a surface plated with a metal.
  • the solder paste of this embodiment contains a first solder alloy powder and a second solder alloy powder having a specific alloy composition, and a flux.
  • the first solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and In, with the Ag content being 2.9% by mass or more and the In content being greater than 17% by mass.
  • the inclusion of In in the first solder alloy powder lowers the peak soldering temperature.
  • the use of In enhances the strength against impact and durability against thermal fatigue.
  • the Ag content being 2.9% by mass or more enhances the strength of the alloy.
  • the In content being greater than 17% by mass enhances the meltability of the paste when heated.
  • the second solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and Cu, with the Cu content being less than 2% by mass. Because the second solder alloy powder contains less than 2% by mass of Cu, the liquidus temperature of the alloy is kept low, and the melting property of the paste when heated is improved.
  • the mixing ratio of the first solder alloy powder to the second solder alloy powder is 45 parts by mass or more and 65 parts by mass or less of the first solder alloy powder, and 35 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the second solder alloy powder. By controlling the mixing ratio between the two within a specific range, the properties of both the first solder alloy powder and the second solder alloy powder can be fully exhibited. Therefore, the solder paste of this embodiment can improve the melting property, impact resistance, and heat resistance of the paste.
  • the first solder alloy powder which has a lower solidus temperature, melts first during heating.
  • the second solder alloy powder which has a relatively high solidus temperature, can be partially or completely melted into the alloy (first solder alloy powder) that has been melted by heating.
  • the solder joint produced in this way has improved impact resistance and heat resistance.
  • solder paste is a solder paste consisting of a first solder alloy powder, a second solder alloy powder, and a flux, wherein the first solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and In, with an Ag content of 2.9% by mass or more and an In content of more than 17% by mass, and the second solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and Cu, with a Cu content of less than 2% by mass, and the mixing ratio of the first solder alloy powder to the second solder alloy powder is 45 parts by mass or more and 65 parts by mass or less, and 35 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the second solder alloy powder.
  • solder paste is a solder paste comprising a first solder alloy powder, a second solder alloy powder, and a flux
  • the first solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and In, with an Ag content of 2.9% by mass or more and 4.5% by mass or less, an In content of 18% by mass or more and 22% by mass or less, and the remainder being Sn
  • the second solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and Cu, with an Ag content of 2.9% by mass or more and 4% by mass or less, a Cu content of 0.3% by mass or more and 1% by mass or less, and the remainder being Sn
  • the mixing ratio of the first solder alloy powder to the second solder alloy powder is 45 parts by mass or more and 65 parts by mass or less, and 35 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the second solder alloy powder.
  • solder paste is a solder paste consisting of a first solder alloy powder, a second solder alloy powder, and a flux, wherein the first solder alloy powder contains Sn, Ag, and In, the Ag content is 2.9% by mass or more and 4.5% by mass or less, the In content is 18% by mass or more and 22% by mass or less, the remainder is Sn, and the mass ratio of In/Ag in the first solder alloy powder is 7.0 or less, and the second solder alloy powder is an alloy powder containing Sn, Ag, and Cu, the Ag content is 2.9% by mass or more and 4% by mass or less, the Cu content is 0.3% by mass or more and 1% by mass or less, and the remainder is Sn, and the mixing ratio of the first solder alloy powder to the second solder alloy powder is 45 parts by mass or more and 65 parts by mass or less of the first solder alloy powder and 35 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the second solder alloy powder.
  • the first solder alloy powder contains Sn, Ag, and
  • solder paste is a solder paste comprising a first solder alloy powder, a second solder alloy powder, and a flux
  • the first solder alloy powder is a powder of an Sn-Ag-In alloy having an Ag content of 3.1% by mass or more and 4.5% by mass or less, an In content of 18% by mass or more and 22% by mass or less, and the remainder being Sn
  • the second solder alloy powder is a powder of an Sn-Ag-Cu alloy having an Ag content of 2.9% by mass or more and 4% by mass or less, a Cu content of 0.3% by mass or more and 1% by mass or less, and the remainder being Sn
  • the mixing ratio of the first solder alloy powder to the second solder alloy powder is 45 parts by mass or more and 65 parts by mass or less, and 35 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the second solder alloy powder.
  • solder paste is a solder paste comprising a first solder alloy powder, a second solder alloy powder, and a flux
  • the first solder alloy powder is a powder of an Sn-Ag-In alloy having an Ag content of 3.1% by mass or more and 4.5% by mass or less, an In content of 18% by mass or more and 22% by mass or less, and the remainder being Sn
  • the mass ratio of In/Ag in the first solder alloy powder is 7.0 or less
  • the second solder alloy powder is a powder of an Sn-Ag-Cu alloy having an Ag content of 2.9% by mass or more and 4% by mass or less, a Cu content of 0.3% by mass or more and 1% by mass or less, and the remainder being Sn
  • the mixing ratio of the first solder alloy powder to the second solder alloy powder is 45 parts by mass or more and 65 parts by mass or less of the first solder alloy powder and 35 parts by mass or more and 55 parts by mass or less of the second solder alloy powder.
  • One embodiment of the method for producing a bonded body is a method including a step of obtaining a bonded body by soldering. In the method for producing a bonded body of this embodiment, heating is performed during the soldering using the above-mentioned solder paste.
  • the following describes a method for manufacturing a bonded assembly according to this embodiment, in which a solder paste application operation, a component attachment operation, and a reflow operation as an example of a heating method are performed in that order.
  • solder Paste Application Operation the above-described solder paste is applied to the surface of the substrate.
  • the substrate include a printed wiring board and a wafer.
  • methods for applying the solder paste include a method of printing and applying the solder paste using a mask with openings, a method of ejecting the solder paste using a dispenser or the like, and a method of transferring the solder paste using a probe pin or the like.
  • components are mounted at predetermined positions on the board on which the solder paste has been printed.
  • components include chips, integrated circuits, transistors, diodes, resistors, capacitors, semiconductor packages, and substrates.
  • the atmosphere for the reflow operation is not particularly limited as long as the effects of the present invention are achieved, but may be, for example, a nitrogen gas atmosphere or a reducing gas atmosphere.
  • the reducing gas atmosphere may be formed, for example, by volatilizing a reducing compound in a reflow furnace, or by supplying a reducing gas obtained by passing nitrogen through a liquid reducing compound into the reflow furnace.
  • the reducing compound formic acid is preferred.
  • the substrate after component attachment is heated in a reflow furnace at a temperature (i.e., peak temperature) lower than the solidus temperature of the second solder alloy powder contained in the solder paste and higher than the liquidus temperature of the first solder alloy powder (this is called main heating).
  • the heating temperature may be, for example, 10 to 20° C. higher than the liquidus temperature of the first solder alloy powder, and the heating time may be, for example, 10 seconds to 3 minutes.
  • the reflow operation may involve preheating, prior to the main heating, by heating the board after the components are attached at a temperature lower than the heating temperature of the main heating.
  • the first solder alloy powder begins to melt and become molten solder. This molten solder spreads over the joining surface between the component and the board and begins to wet.
  • the second solder alloy powder begins to melt into the molten solder. As the heating continues, the molten solder melts completely, and the second solder alloy powder continues to melt into the molten solder, forming a solder joint. The second solder alloy powder continues to melt into the molten solder, forming a homogeneous liquid state. As a result, the mechanical performance of the solder joint is improved.
  • the method for manufacturing a bonded body according to this embodiment described above uses the specific solder paste described above, which allows the manufactured bonded body to have improved impact resistance and heat resistance, thereby improving bonding strength.
  • solder paste described above and the method for manufacturing a joint using the same are useful technologies for soldering applications in fields such as smartphones, tablet PCs, digital cameras, automotive electronic devices, medical equipment, and IoT devices.
  • solder paste ⁇ Preparation of solder paste> (Examples 1 to 21, Comparative Examples 1 to 19)
  • Each solder alloy having the alloy composition shown in Tables 1 and 2 was atomized to produce a first solder alloy powder and a second solder alloy powder, each having an average particle size of 32 ⁇ m when measured on a volume basis.
  • the solidus and liquidus temperatures of some of the prepared solder alloy powders are shown below. Sn-3.2Ag-20In Solidus temperature 141 (°C), liquidus temperature 195 (°C) Sn-4Ag-20In Solidus temperature 143 (°C), liquidus temperature 198 (°C)
  • the first solder alloy powder and the second solder alloy powder were mixed in the mixing ratios shown in Tables 1 and 2, and then mixed with flux of the composition below to prepare the solder pastes for each example.
  • the mixing ratio of the solder alloy powder to the flux was 88.5 parts by mass of the mixture of the first solder alloy powder and the second solder alloy powder, and 11.5 parts by mass of the flux.
  • Flux composition 40% hydrogenated acid-modified rosin by weight, 40% solvent by weight, 10% organic acid by weight, 10% thixotropic agent by weight
  • ⁇ Solder paste application operation component mounting operation: A solder paste was applied to the surface of the substrate, and the component was attached to the substrate at a predetermined position where the solder paste had been applied.
  • ⁇ Reflow operation Next, the substrate with the components attached was heated in the reflow device. The heating conditions were as follows: in a nitrogen atmosphere, the temperature was increased to 190° C. at a rate of 1° C./s, and the heating was continued for 150 seconds in the range from 190° C. to 210° C. (peak temperature). The reflow profile at this time is shown in FIG.
  • the melting property of the paste was evaluated by gradually cooling the substrate after the reflow process, observing a predetermined position on the substrate where the solder paste was applied (the portion where the terminal of the component was attached) with the observation device, and judging the melting state (molten or unmolten) of the solder alloy powder based on the following evaluation criteria, which are shown in Figure 2.
  • B The solder alloy powder was melted, but surface irregularities were observed (surface irregularities present).
  • C The solder alloy powder was insufficiently melted (insufficient melting).
  • D The solder alloy powder was not melted (unmelted).
  • test pieces The solder paste was printed on the above-mentioned substrate having a thickness of 0.8 mm using a metal mask having a thickness of 100 ⁇ m. Next, the five components were mounted using a mounter. Next, the test board was prepared by heating and reflow soldering under conditions of a maximum temperature of 205 to 210° C. and a holding time of 150 seconds. Thereafter, the test substrate was cut into five individual pieces to obtain test pieces.
  • the impact resistance was evaluated as follows.
  • the test pieces i.e., the individualized package components, were fixed to a base with bolts at both ends of each substrate, with each facing the base.
  • a drop test was performed in accordance with the JEDEC standard impact resistance evaluation JESD22-B110B.01, in which an impact with an acceleration of 1500 G was applied a predetermined number of times to the test pieces fixed to the base.
  • the progress of cracks in the solder joints during this drop test was confirmed by using a data logger to determine whether the electrical resistance value increased by 50% from the initial value.
  • the heat resistance was evaluated by a temperature cycle test (TCT).
  • TCT temperature cycle test
  • the solder paste was printed onto the substrate having a thickness of 0.8 mm using a metal mask having a thickness of 100 ⁇ m.
  • the 15 components were mounted using a mounter.
  • the test board was prepared by heating and reflow soldering under conditions of a maximum temperature of 205 to 210° C. and a holding time of 150 seconds.
  • the test substrate was placed in the heat cycle tester set to conditions of a low temperature of ⁇ 40° C., a high temperature of +125° C., and a holding time of 10 minutes, and a temperature cycle test (TCT) was performed from an initial resistance value of 3 to 5 ⁇ , and the number of cycles at which the resistance value of the test substrate (semiconductor package) exceeded 15 ⁇ was determined.
  • TCT temperature cycle test
  • a Weibull plot was drawn using the results, and the heat resistance was evaluated based on the following evaluation criteria using the number of cycles at which a cumulative failure rate of 63% was shown as an index.
  • B The number of cycles indicating a 63% cumulative failure rate is 700 to 999.
  • C The number of cycles indicating a 63% cumulative failure rate is 350 to 699.
  • D The number of cycles indicating a 63% cumulative failure rate is 349 or less.
  • solder pastes of Examples 1 to 21 have improved melting properties, impact resistance, and heat resistance.
  • solder pastes of Comparative Examples 1 to 19 were inferior in any one of the melting properties, impact resistance, and heat resistance of the paste.

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Abstract

本発明に係るソルダペーストは、第１はんだ合金粉末と、第２はんだ合金粉末と、フラックスと、を含むソルダペーストであって、第１はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上であり、Ｉｎの含有量が１７質量％超である合金の粉末であり、第２はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有し、Ｃｕの含有量が２質量％未満である合金の粉末であり、第１はんだ合金粉末と第２はんだ合金粉末との混合比は、第１はんだ合金粉末が４５質量部以上６５質量部以下であり、第２はんだ合金粉末が３５質量部以上５５質量部以下であることを特徴とする。かかるソルダペーストにおいては、ペーストの溶融性が高められ、はんだ接合部の耐衝撃性及び耐熱性をいずれも高められる。

Description

ソルダペースト、及び接合体の製造方法
　本発明は、ソルダペースト、及び接合体の製造方法に関する。
　本願は、２０２４年５月２４日に、日本に出願された特願２０２４－０８５０７６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　エレクトロニクス業界では、電子機器のシステム・イン・パッケージ（ＳｉＰ）設計の増加に伴い、部品の小型化が進んでいる。ＳｉＰとは、集積回路の１つであり、複数個のＩＣ又はパッケージを積層することで、メモリの大容量化及び機能の複合化を実現する高密度実装技術である。
　このＳｉＰは、スマートフォンやタブレットＰＣ、デジタルカメラ、車載電子機器、医療機器、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ）デバイス等の様々な分野で活用されている。
　ＳｉＰ設計では、複数の部品を、１つのアセンブリに相互接続するため、複数回の加熱工程を伴うはんだ付けが必要な場合がある。複数回の加熱工程を伴う、多段階で行うはんだ付けの相互接続の際には、後に行われる加熱工程中に、先の加熱工程で溶融したはんだが再溶融しないように、異なる液相線温度のはんだが必要となる。
　一般的に、最先で行うはんだ付けの相互接続には、ＳｎＡｇＣｕはんだが用いられている。鉛フリーはんだとして広く利用されているＳｎＡｇＣｕはんだは、ＳｎＰｂ共晶はんだに比べて液相線温度が高温側へシフトする。そのため、第２段階以降で行うはんだ付けでは、はんだの液相線温度を、ＳｎＡｇＣｕはんだの液相線温度に比べて低く設定する必要がある。
　はんだの液相線温度が低い、いわゆる低温はんだとしては、Ｓｎ－Ｂｉ系鉛フリーはんだが知られている。しかし、Ｓｎ－Ｂｉ系鉛フリーはんだの代表的な合金組成は、Ｂｉを大量に含んでいるために脆い性質を有する。また、合金の溶融温度が低いことから、熱疲労に対する信頼性が劣る。
　これに対して、従来より、一方のはんだ合金粉末の液相線温度が、他方のはんだ合金粉末の固相線温度に比べて低い関係にある、組成の異なる２種類以上のはんだ合金粉末を併用したソルダペースト、そのソルダペーストを使用してアセンブリを形成する方法、そのソルダペーストを使用してはんだ接合部を形成する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０２０／２２７６３８号
　電子部品の小型化、高機能化がますます進むなか、従来のソルダペーストにおいても更なる高性能化が求められる。
　しかしながら、上述のような、異なる液相線温度のはんだ合金粉末を併用したソルダペーストでは、加熱条件によっては、はんだ合金粉末の未溶融が発生するおそれがある。また、かかるソルダペーストでは、それぞれのはんだ合金粉末の特性が異なることから、形成されるはんだ接合部の特性（耐衝撃性、耐熱性など）を制御することが難しく、はんだ合金粉末の組合せにより奏する特性の違いを予測することも困難である。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ペーストの溶融性、耐衝撃性及び耐熱性をいずれも高められるソルダペースト、並びにこれを用いた接合体の製造方法を提供する。
　上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
［１］　第１はんだ合金粉末と、第２はんだ合金粉末と、フラックスと、を含むソルダペーストであって、前記第１はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上であり、Ｉｎの含有量が１７質量％超である合金の粉末であり、前記第２はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有し、Ｃｕの含有量が２質量％未満である合金の粉末であり、前記第１はんだ合金粉末と前記第２はんだ合金粉末との混合比は、前記第１はんだ合金粉末が４５質量部以上６５質量部以下であり、前記第２はんだ合金粉末が３５質量部以上５５質量部以下である、ソルダペースト。
［２］　前記第１はんだ合金粉末は、Ａｇの含有量が２．９質量％以上４．５質量％以下であり、Ｉｎの含有量が１８質量％以上２２質量％以下であり、残部がＳｎである、［１］に記載のソルダペースト。
［３］　前記第２はんだ合金粉末は、Ａｇの含有量が２．９質量％以上４質量％以下であり、Ｃｕの含有量が０．３質量％以上１質量％以下であり、残部がＳｎである、［１］又は［２］に記載のソルダペースト。
［４］　前記第１はんだ合金粉末において、Ｉｎ／Ａｇで表される質量比が７．０以下である、［１］～［３］のいずれか一項に記載のソルダペースト。
［５］　はんだ付けすることにより接合体を得る工程を含み、前記はんだ付けの際、［１］～［４］のいずれか一項に記載のソルダペーストを用いて加熱を行う、接合体の製造方法。
　なお、本明細書において、合金組成を示す「％」は、特に断りがない限り「質量％」である。合金の固相線温度及び液相線温度は、示差熱分析により測定される温度である。第１はんだ合金粉末の平均粒径、及び第２はんだ合金粉末の平均粒径は、各はんだ合金粒子群についての体積基準の平均粒径である。
　本発明によれば、ペーストの溶融性、耐衝撃性及び耐熱性をいずれも高められるソルダペースト、並びにこれを用いた接合体の製造方法を提供することができる。
ペーストの溶融性の評価におけるリフロープロファイルを示す図である。 ペーストの溶融性の評価における評価基準を示す図である。
（ソルダペースト）
　ソルダペーストの一実施形態は、第１はんだ合金粉末と、第２はんだ合金粉末と、フラックスと、を含むものである。
　本実施形態のソルダペーストにおいて、前記第１はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上であり、Ｉｎの含有量が１７質量％超である合金の粉末である。前記第２はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有し、Ｃｕの含有量が２質量％未満である合金の粉末である。
　前記第１はんだ合金粉末と前記第２はんだ合金粉末との混合比は、前記第１はんだ合金粉末が４５質量部以上６５質量部以下であり、前記第２はんだ合金粉末が３５質量部以上５５質量部以下である。
　本実施形態のソルダペーストは、低温から中温（１５０～２１０℃）でのはんだ付け用途に適しており、例えば、ピークはんだ付け温度がＳｎ－Ａｇ－Ｃｕはんだの加熱時のピーク温度に比べて低い温度でのはんだ付け用に好適なものである。
　本実施形態のソルダペーストでは、はんだ合金の液相線温度が異なる、第１はんだ合金粉末と第２はんだ合金粉末とが併用される。Ｉｎを含有する第１はんだ合金粉末が、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する第２はんだ合金粉末に比べて、液相線温度が相対的に低い。
　かかる実施形態のソルダペーストを利用した場合、第２はんだ合金粉末の固相線温度より低く、第１はんだ合金粉末の液相線温度よりも高いピーク温度で加熱するように設計することができる。
＜第１はんだ合金粉末＞
　本実施形態のソルダペーストにおいて、第１はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎを含有する。
　第１はんだ合金粉末の総質量に対して、Ａｇの含有量は、２．９質量％以上であり、２．９質量％以上４．５質量％以下でもよいし、３．０質量％以上４．５質量％以下でもよいし、３．１質量％以上４．５質量％以下でもよいし、３．１質量％以上４．０質量％以下でもよい。例えば、Ａｇの含有量は３．１質量％、３．２質量％、３．５質量％、３．９質量％、４質量％、４．５質量％であってもよい。
　第１はんだ合金粉末の総質量に対して、Ｉｎの含有量は、１７質量％超であり、１８質量％以上でもよいし、１８質量％以上２５質量％以下でもよいし、１８質量％以上２２質量％以下でもよい。例えば、Ｉｎの含有量は１８質量％、２０質量％、２２質量％であってもよい。
　第１はんだ合金粉末の総質量に対して、Ｓｎの含有量は、残部であり、９０質量％以上でもよい。
　第１はんだ合金粉末を構成する合金は、Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎ以外の金属元素を含有するものでもよい。Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎ以外の金属元素としては、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｓ等が挙げられる。また、第１はんだ合金粉末は不可避的不純物を含んでもよい。
　本実施形態のソルダペーストにおいては、合金組成や粒径の異なる２種類以上の第１はんだ合金粉末を含んでもよい。
　好ましい第１はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上４．５質量％以下であり、Ｉｎの含有量が１８質量％以上２２質量％以下である合金の粉末であり；より好ましい第１はんだ合金粉末は、Ａｇの含有量が３．１質量％以上４．５質量％以下であり、Ｉｎの含有量が１８質量％以上２２質量％以下であり、残部がＳｎからなるＳｎ－Ａｇ－Ｉｎ合金の粉末である。
　第１はんだ合金粉末において、Ｉｎ／Ａｇで表される質量比は、７．０以下であることが好ましく、４．０以上７．０以下でもよいし、４．４以上６．９以下でもよいし、５．０以上６．５以下でもよい。
　Ｉｎ／Ａｇで表される質量比が、前記の好ましい範囲の上限値以下であると、はんだ自体（はんだバルク）の強度が高まり、はんだ接合部の耐熱性がより向上しやすくなり、一方、前記の範囲の下限値以上であると、ペーストの不完全溶融が防止されて強固な接合部を形成しやすくなり、はんだ接合部の耐衝撃性がより向上しやすくなる。
　第１はんだ合金粉末の固相線温度は、例えば、１３５℃以上１５０℃以下であり、１４０℃以上１４５℃以下でもよい。
　第１はんだ合金粉末の液相線温度は、例えば、１８０℃以上２００℃以下であり、１９０℃以上２００℃以下でもよい。
　第１はんだ合金粉末の粒径は、特に制限されず、通常のソルダペーストに用いる程度の粒径でよく、ＪＩＳ　Ｚ　３２８４－１：２０１４における粉末サイズの分類（表２）において記号１～８に該当するサイズ（粒度分布）を有していると、微細な部品へのはんだ付けが可能となる。例えば、第１はんだ合金粉末は、平均粒径として１μｍ以上１０００μｍ以下である。
　ここでの第１はんだ合金粉末の平均粒径とは、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置によって測定される粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。
＜第２はんだ合金粉末＞
　本実施形態のソルダペーストにおいて、第２はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有する。
　第２はんだ合金粉末の総質量に対して、Ｃｕの含有量は、０質量％超２質量％未満であり、１．５質量％以下でもよいし、０．３質量％以上１．５質量％以下でもよいし、０．３質量％以上１質量％以下でもよい。例えば、Ｃｕの含有量は０．３質量％、０．５質量％、１質量％であってもよい。
　第２はんだ合金粉末の総質量に対して、Ａｇの含有量は、例えば２．９質量％以上であり、２．９質量％以上４質量％以下でもよいし、２．９質量％以上３．８質量％以下でもよい。例えば、Ａｇの含有量は２．９質量％、３．０質量％、３．８質量％、４質量％であってもよい。
　第２はんだ合金粉末の総質量に対して、Ｓｎの含有量は、残部であり、９０質量％以上でもよい。
　第２はんだ合金粉末を構成する合金は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕ以外の金属元素を含有するものでもよい。Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕ以外の金属元素としては、例えば、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｐ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｓ等が挙げられる。また、第２はんだ合金粉末は不可避的不純物を含んでもよい。
　本実施形態のソルダペーストにおいては、合金組成や粒径の異なる２種類以上の第２はんだ合金粉末を含んでもよい。
　好ましい第２はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上４質量％以下であり、Ｃｕの含有量が０．３質量％以上１質量％以下である合金の粉末であり；より好ましい第２はんだ合金粉末は、Ａｇの含有量が２．９質量％以上４質量％以下であり、Ｃｕの含有量が０．３質量％以上１質量％以下であり、残部がＳｎからなるＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金の粉末である。
　第２はんだ合金粉末において、Ａｇ／Ｃｕで表される質量比は、１０以下であることが好ましく、３以上１０以下でもよいし、５．５以上８未満でもよいし、５．８以上７．６以下でもよい。
　Ａｇ／Ｃｕで表される質量比が、前記の範囲内であると、ペーストの溶融性、はんだ接合部の耐衝撃性、及びはんだ接合部の耐熱性がより向上しやすくなる。
　第２はんだ合金粉末の固相線温度は、例えば、２０５℃以上２２５℃以下であり、２１０℃以上２２０℃以下でもよい。
　第２はんだ合金粉末の液相線温度は、例えば、２１５℃以上２３５℃以下であり、２１５℃以上２３０℃以下でもよい。
　第２はんだ合金粉末の粒径は、特に制限されず、通常のソルダペーストに用いる程度の粒径でよく、ＪＩＳ　Ｚ　３２８４－１：２０１４における粉末サイズの分類（表２）において記号１～８に該当するサイズ（粒度分布）を有していると、微細な部品へのはんだ付けが可能となる。例えば、第２はんだ合金粉末は、平均粒径として１μｍ以上１０００μｍ以下である。
　ここでの第２はんだ合金粉末の平均粒径とは、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置によって測定される粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。
　≪第１はんだ合金粉末と第２はんだ合金粉末との混合比≫
　本実施形態のソルダペーストにおいて、第１はんだ合金粉末と第２はんだ合金粉末との混合比は、第１はんだ合金粉末が４５質量部以上６５質量部以下であり、第２はんだ合金粉末が３５質量部以上５５質量部以下である。
　両者の混合比は、はんだ接合部の耐衝撃性の観点から、第１はんだ合金粉末が４５質量部以上５５質量部以下、第２はんだ合金粉末が４５質量部以上５５質量部以下であることが好ましく、第１はんだ合金粉末が４５質量部以上５０質量部以下、第２はんだ合金粉末が５０質量部以上５５質量部以下であることがより好ましい。
　あるいは、両者の混合比は、ペーストの溶融性、はんだ接合部の耐熱性の観点から、第１はんだ合金粉末が５５質量部以上６５質量部以下、第２はんだ合金粉末が３５質量部以上４５質量部以下であることが好ましく、第１はんだ合金粉末が６０質量部以上６５質量部以下、第２はんだ合金粉末が３５質量部以上４０質量部以下であることがより好ましい。
＜フラックス＞
　本実施形態のソルダペーストにおいて、フラックスは、特に制限はなく、例えば、樹脂成分としてロジン、溶剤、活性剤、チキソ剤等を含有するものである。
　前記活性剤としては、有機酸、ハロゲン化合物、アミン化合物等が挙げられる。前記チキソ剤としては、エステル系チキソ剤、アマイド系チキソ剤、ソルビトール系チキソ剤、セルロースナノファイバー等が挙げられる。
　本実施形態のソルダペーストにおいて、フラックスの含有量は、ソルダペーストの総質量に対して、５質量％以上３０質量％以下であることが好ましく、５質量％以上１５質量％以下であることがより好ましく；第１はんだ合金粉末と第２はんだ合金粉末との合計の含有量は、ソルダペーストの総質量に対して、７０質量％以上９５質量％以下であることが好ましく、８５質量％以上９５質量％以下であることがより好ましい。
　本実施形態のソルダペーストにおいては、任意で第１はんだ合金粉末及び第２はんだ合金粉末とは別の金属粉末を含有してもよい。この金属粉末の組成に制限は無く、含んでもよい金属としては、例えば、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｓが挙げられる。これらの金属は、１種を含んでもよいし、２種以上を含んでもよい。
　金属粉末は、組成や粒径の異なる２種類以上の粉末であってもよい。
　また、金属粉末は、表面が金属粉末を構成する金属とは異なる金属によってめっきされていてもよいし、樹脂粉末や炭素繊維を含有してもよい。例えば、樹脂粉末としてはプラスチック粉末が挙げられ、炭素繊維としてはカーボンファイバーが挙げられる。樹脂粉末や炭素繊維は、組成や粒径の異なる２種類以上の粉末であってもよい。また、樹脂粉末や炭素繊維は、表面が金属によってめっきされていてもよい。
　以上説明したように、本実施形態のソルダペーストは、特定の合金組成を有する第１はんだ合金粉末及び第２はんだ合金粉末と、フラックスと、を含むものである。
　前記第１はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上であり、Ｉｎの含有量が１７質量％超である合金の粉末である。前記第１はんだ合金粉末は、Ｉｎを含むことで、ピークはんだ付け温度が下げられる。また、脆い性質のＢｉと異なり、Ｉｎの採用によって、衝撃に対する強度、熱疲労に対する耐久性を高められる。Ａｇの含有量が２．９質量％以上であるため、合金の強度が高められる。Ｉｎの含有量が１７質量％超であるため、加熱時にペーストの溶融性が高められる。
　前記第２はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有し、Ｃｕの含有量が２質量％未満である合金の粉末である。前記第２はんだ合金粉末は、Ｃｕの含有量が２質量％未満であるため、合金の液相線温度が低く抑えられて、加熱時にペーストの溶融性が高められる。
　前記第１はんだ合金粉末と前記第２はんだ合金粉末との混合比は、前記第１はんだ合金粉末が４５質量部以上６５質量部以下であり、前記第２はんだ合金粉末が３５質量部以上５５質量部以下である。両者の混合比が、特定の範囲に制御されることで、第１はんだ合金粉末及び第２はんだ合金粉末の両方の特性が十分に発揮される。
　したがって、本実施形態のソルダペーストによれば、ペーストの溶融性、耐衝撃性及び耐熱性をいずれも高められる。
　本実施形態のソルダペーストを用いてはんだ付けを行う場合、例えば、加熱中に、より低い固相線温度の第１はんだ合金粉末が初めに溶融する。これと同時に、固相線温度が相対的に高い第２はんだ合金粉末は、加熱で溶融した合金（第１はんだ合金粉末）に、部分的に又は完全に溶融し得る。このように作製されるはんだ接合部は、耐衝撃性及び耐熱性の向上が図られる。
　ソルダペーストの好適な形態は、第１はんだ合金粉末と、第２はんだ合金粉末と、フラックスと、からなるソルダペーストであって、前記第１はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上であり、Ｉｎの含有量が１７質量％超である合金の粉末であり、前記第２はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有し、Ｃｕの含有量が２質量％未満である合金の粉末であり、前記第１はんだ合金粉末と前記第２はんだ合金粉末との混合比は、前記第１はんだ合金粉末が４５質量部以上６５質量部以下であり、前記第２はんだ合金粉末が３５質量部以上５５質量部以下のソルダペーストである。
　ソルダペーストの好適な他の形態は、第１はんだ合金粉末と、第２はんだ合金粉末と、フラックスと、からなるソルダペーストであって、第１はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上４．５質量％以下であり、Ｉｎの含有量が１８質量％以上２２質量％以下であり、残部がＳｎである合金の粉末であり、第２はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上４質量％以下であり、Ｃｕの含有量が０．３質量％以上１質量％以下であり、残部がＳｎである合金の粉末であり、前記第１はんだ合金粉末と前記第２はんだ合金粉末との混合比は、前記第１はんだ合金粉末が４５質量部以上６５質量部以下であり、前記第２はんだ合金粉末が３５質量部以上５５質量部以下のソルダペーストである。
　ソルダペーストの好適な他の形態は、第１はんだ合金粉末と、第２はんだ合金粉末と、フラックスと、からなるソルダペーストであって、第１はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上４．５質量％以下であり、Ｉｎの含有量が１８質量％以上２２質量％以下であり、残部がＳｎであり、前記第１はんだ合金粉末におけるＩｎ／Ａｇで表される質量比が７．０以下である合金の粉末であり、第２はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上４質量％以下であり、Ｃｕの含有量が０．３質量％以上１質量％以下であり、残部がＳｎである合金の粉末であり、前記第１はんだ合金粉末と前記第２はんだ合金粉末との混合比は、前記第１はんだ合金粉末が４５質量部以上６５質量部以下であり、前記第２はんだ合金粉末が３５質量部以上５５質量部以下のソルダペーストである。
　ソルダペーストの好適な他の形態は、第１はんだ合金粉末と、第２はんだ合金粉末と、フラックスと、からなるソルダペーストであって、第１はんだ合金粉末は、Ａｇの含有量が３．１質量％以上４．５質量％以下であり、Ｉｎの含有量が１８質量％以上２２質量％以下であり、残部がＳｎからなるＳｎ－Ａｇ－Ｉｎ合金の粉末であり、第２はんだ合金粉末は、Ａｇの含有量が２．９質量％以上４質量％以下であり、Ｃｕの含有量が０．３質量％以上１質量％以下であり、残部がＳｎからなるＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金の粉末であり、前記第１はんだ合金粉末と前記第２はんだ合金粉末との混合比は、前記第１はんだ合金粉末が４５質量部以上６５質量部以下であり、前記第２はんだ合金粉末が３５質量部以上５５質量部以下のソルダペーストである。
　ソルダペーストの好適な他の形態は、第１はんだ合金粉末と、第２はんだ合金粉末と、フラックスと、からなるソルダペーストであって、第１はんだ合金粉末は、Ａｇの含有量が３．１質量％以上４．５質量％以下であり、Ｉｎの含有量が１８質量％以上２２質量％以下であり、残部がＳｎからなり、前記第１はんだ合金粉末におけるＩｎ／Ａｇで表される質量比が７．０以下であるＳｎ－Ａｇ－Ｉｎ合金の粉末であり、第２はんだ合金粉末は、Ａｇの含有量が２．９質量％以上４質量％以下であり、Ｃｕの含有量が０．３質量％以上１質量％以下であり、残部がＳｎからなるＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金の粉末であり、前記第１はんだ合金粉末と前記第２はんだ合金粉末との混合比は、前記第１はんだ合金粉末が４５質量部以上６５質量部以下であり、前記第２はんだ合金粉末が３５質量部以上５５質量部以下のソルダペーストである。
（接合体の製造方法）
　接合体の製造方法の一実施形態は、はんだ付けすることにより接合体を得る工程を含む製造方法である。本実施形態の接合体の製造方法では、前記はんだ付けの際、上述したソルダペーストを用いて加熱を行う。
　以下、本実施形態の接合体の製造方法として、ソルダペースト塗布操作、部品取付け操作、加熱方法の一例としてリフロー操作をこの順に行う形態について説明する。
・ソルダペースト塗布操作
　ソルダペースト塗布操作においては、上述したソルダペーストを、基板の表面に塗布する。
　基板としては、例えば、プリント配線基板、ウェーハ等が挙げられる。
　ソルダペーストを塗布する方法としては、例えば、開口部を有するマスクを用いてソルダペーストを印刷塗布する方法、ディスペンサ等を用いてソルダペーストを吐出する方法、プローブピン等を用いてソルダペーストを転写する方法等が挙げられる。
・部品取付け操作
　部品取付け操作においては、ソルダペーストが印刷された基板の所定位置に、部品を取り付ける。
　部品としては、例えば、チップ、集積回路、トランジスタ、ダイオード、抵抗器、コンデンサ、半導体パッケージ、基板等が挙げられる。
・リフロー操作
　リフロー操作の雰囲気は、本発明の効果が奏される限り特に限定されないが、例えば、窒素ガス雰囲気、又は還元性ガス雰囲気であってもよい。
　還元性ガス雰囲気は、例えば、リフロー炉において還元性化合物を揮発させて形成されるものであってもよいし、液体の還元性化合物に対して窒素を通気させることにより得られる還元性ガスを、リフロー炉へ供給して形成されるものであってもよい。還元性化合物としては、ギ酸が好ましい。
　リフロー操作の雰囲気が還元性ガス雰囲気である場合、用いるソルダペーストは、活性剤の量を低減させてもよく、活性剤を含有しなくてもよい。これにより、フラックス残渣をより低減することが可能である。
　リフロー操作においては、リフロー炉において、ソルダペーストに含まれる第２はんだ合金粉末の固相線温度より低く、第１はんだ合金粉末の液相線温度よりも高い温度（すなわち、ピーク温度）で、部品取り付け後の基板を加熱する（これを本加熱という）。
　加熱温度としては、例えば、第１はんだ合金粉末の液相線温度よりも１０～２０℃高い温度であってもよい。加熱時間としては、例えば、１０秒～３分間であってもよい。
　リフロー操作は、本加熱の前に、本加熱の加熱温度に比べて低い温度で部品取り付け後の基板を加熱する、プリヒートを行うものであってもよい。
　リフロー操作において、加熱温度が、第１はんだ合金粉末の固相線温度以上に上昇すると、第１はんだ合金粉末は溶融し始め、溶融はんだとなる。この溶融はんだは、部品と基板との接合面に広がり、濡れ始める。同時に、第２はんだ合金粉末が、前記溶融はんだに溶融し始める。本加熱が続くと、前記溶融はんだは完全に溶融し、第２はんだ合金粉末は前記溶融はんだに溶融し続けて、はんだ接合部を形成する。第２はんだ合金粉末は、前記溶融はんだに溶融し続けて、均質な液状態を形成し得る。その結果、はんだ接合部の機械的性能が向上する。
　以上説明した本実施形態にかかる接合体の製造方法によれば、上述した特定のソルダペーストが採用されているため、製造される接合体において、耐衝撃性及び耐熱性を高めることができ、接合強度の向上が図られる。
　上述した特定のソルダペースト、及びこれを用いた接合体の製造方法は、スマートフォンやタブレットＰＣ、デジタルカメラ、車載電子機器、医療機器、ＩｏＴデバイス等の分野でのはんだ付け用途において有用な技術である。
　以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
＜ソルダペーストの調製＞
　（実施例１～２１、比較例１～１９）
　表１～２に示した合金組成の各はんだ合金をアトマイズして、体積基準で測定した場合の平均粒径が３２μｍである、第１はんだ合金粉末及び第２はんだ合金粉末をそれぞれ作製した。
　作製したはんだ合金粉末の一部についての固相線温度、液相線温度を以下に示した。
　Ｓｎ－３．２Ａｇ－２０Ｉｎ　固相線温度１４１（℃）、液相線温度１９５（℃）
　Ｓｎ－４Ａｇ－２０Ｉｎ　固相線温度１４３（℃）、液相線温度１９８（℃）
　Ｓｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕ　固相線温度２１７（℃）、液相線温度２２０（℃）
　Ｓｎ－２．９Ａｇ－０．５Ｃｕ　固相線温度２１７（℃）、液相線温度２２０（℃）
　Ｓｎ－４Ａｇ－０．５Ｃｕ　固相線温度２１７（℃）、液相線温度２２９（℃）
　Ｓｎ－３．８Ａｇ－０．５Ｃｕ　固相線温度２１７（℃）、液相線温度２１７（℃）
　Ｓｎ－３Ａｇ－０．３Ｃｕ　固相線温度２１８（℃）、液相線温度２２１（℃）
　Ｓｎ－３Ａｇ－１Ｃｕ　固相線温度２１６（℃）、液相線温度２２４（℃）
　Ｓｎ－３Ａｇ－２Ｃｕ　固相線温度２１６（℃）、液相線温度２７７（℃）
　Ｓｎ－３Ａｇ　固相線温度２２１（℃）、液相線温度２２２（℃）
　Ｓｎ－３．５Ａｇ　固相線温度２２０（℃）、液相線温度２２１（℃）
　Ｓｎ－５Ａｇ　固相線温度２２０（℃）、液相線温度２４５（℃）
　Ｓｎ－５Ｓｂ　固相線温度２４０（℃）、液相線温度２４３（℃）
　次いで、第１はんだ合金粉末及び第２はんだ合金粉末を、表１～２に示した混合比で混合し、この後、下記組成のフラックスと混和して、各例のソルダペーストをそれぞれ調製した。その際のはんだ合金粉末とフラックスとの混合比は、第１はんだ合金粉末及び第２はんだ合金粉末の混合物を８８．５質量部、フラックスを１１．５質量部とした。
　フラックスの組成：水添酸変性ロジン４０質量％、溶剤４０質量％、有機酸１０質量％、チキソ剤１０質量％
＜評価＞
　各例のソルダペーストに対し、以下のようにして、ペーストの溶融性の評価、耐衝撃性の評価、耐熱性の評価を実施した。それらの評価結果を、表１～２に併記した。
［ペーストの溶融性］
　使用した基板、部品、リフロー装置、観察装置を以下に示した。
　　基板：ＦＲ－４、基板サイズ１０５ｍｍ×１０５ｍｍ×０．８ｍｍ
　　部品：ＱＦＰ
　　リフロー装置：千住金属工業株式会社製のＳＮＲ－６１５
　　観察装置：光学顕微鏡、株式会社キーエンス製のＶＨＸ－６０００
・ソルダペースト塗布操作、部品取付け操作：
　ソルダペーストを、前記基板の表面に塗布し、ソルダペーストが塗布された基板の所定位置に、前記部品を取り付けた。
・リフロー操作：
　次いで、前記リフロー装置で、部品取り付け後の基板を加熱した。
　加熱条件としては、窒素雰囲気下、昇温速度１℃／ｓにより１９０℃まで加熱し、１９０℃から２１０℃の範囲（ピーク温度）で１５０秒間加熱し続けた。その際のリフロープロファイルを図１に示した。
　ペーストの溶融性は、前記リフロー操作の後、徐冷し、ソルダペーストが塗布された基板の所定位置（部品の端子が取り付けられた部位）を、前記観察装置で観察し、はんだ合金粉末の溶融状態（溶融、未溶融）を、下記評価基準に基づいて判定することにより評価した。この評価基準を図２に示した。
　評価基準
　　Ａ：はんだ合金粉末が溶融して、表面凹凸が確認されなかった（表面凹凸なし）。
　　Ｂ：はんだ合金粉末は溶融したが、表面凹凸が確認された（表面凹凸あり）。
　　Ｃ：はんだ合金粉末の溶融が不十分であった（溶融が不十分）。
　　Ｄ：はんだ合金粉末は溶融しなかった（未溶融）。
［耐衝撃性］
　使用した基板、部品、衝撃試験機を以下に示した。
　　基板：ＦＲ－４、基板サイズ１７４ｍｍ×１４０ｍｍ×０．８ｍｍ
　　　Ｌａｎｄ：ＮＳＭＤ、ランド種Ｃｕ
　　部品：半導体ＰＫＧ、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ　Ｓｉｚｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）
　　　パッケージサイズ１２ｍｍ×１２ｍｍ×１．１ｍｍ、ピッチ０．５ｍｍ
　　　Ｂｕｍｐ１９２個、ランド種Ｃｕ
　　衝撃試験機：インフィテックエム社製のＦＤＳ－８００
・試験片の作製
　ソルダペーストを、厚さ０．８ｍｍの前記基板に、厚さ１００μｍのメタルマスクを用いて印刷した。
　次いで、５個の前記部品をマウンターで実装した。
　次いで、最高温度２０５～２１０℃、保持時間１５０秒の条件で加熱してリフローはんだ付けをすることにより、試験基板を作製した。
　その後、試験基板を切削して、５個に個片化して試験片を得た。
　耐衝撃性を以下のようにして評価した。
　前記試験片、すなわち、個片化されたＰＫＧ部品を、各々台座側に向く向きで、各基板の両端をボルトで台座に固定した。その状態で、ＪＥＤＥＣ規格に即した耐衝撃性評価ＪＥＳＤ２２－Ｂ１１０Ｂ．０１に則って、台座に固定した試験片に、加速度１５００Ｇの衝撃を所定の回数与える落下試験を行った。
　この落下試験によりはんだ継手に亀裂が進展している状況を、電気抵抗値が初期値から５０％上昇するかどうかを、データロガーを用いて確認した。
　かかる耐衝撃性は、すべての試験片を試験完了した後、その結果を用いてワイブルプロットを描き、６３％累積故障率を示す落下回数を指標とし、下記評価基準に基づいて評価した。
　評価基準
　　Ａ：６３％累積故障率を示す落下回数が２５０回以上であるもの
　　Ｂ：６３％累積故障率を示す落下回数が１９０回以上２４９回以下であるもの
　　Ｃ：６３％累積故障率を示す落下回数が１６０回以上１８９回以下であるもの
　　Ｄ：６３％累積故障率を示す落下回数が１５９回以下であるもの
［耐熱性］
　使用した基板、部品、ヒートサイクル試験装置を以下に示した。
　　基板：ＦＲ－４、基板サイズ１７４ｍｍ×１２０ｍｍ×０．８ｍｍ
　　　Ｌａｎｄ：ＳＭＤ、ランド種Ｃｕ
　　部品：半導体ＰＫＧ、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ　Ｓｉｚｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）
　　　パッケージサイズ１２ｍｍ×１２ｍｍ×１．１ｍｍ、ピッチ０．５ｍｍ
　　　Ｂｕｍｐ１９２個、ランド種Ｃｕ
　　ヒートサイクル試験装置：ＥＳＰＥＣ社製の熱衝撃試験機　モデルＴＳＡ－１０１Ｌ－Ａ
　耐熱性の評価は、温度サイクル試験（ＴＣＴ）により実施した。
　ソルダペーストを、厚さ０．８ｍｍの前記基板に、厚さ１００μｍのメタルマスクを用いて印刷した。
　次いで、１５個の前記部品をマウンターで実装した。
　次いで、最高温度２０５～２１０℃、保持時間１５０秒の条件で加熱してリフローはんだ付けをすることにより、試験基板を作製した。
　前記試験基板を、低温－４０℃、高温＋１２５℃、保持時間１０分の条件に設定した前記ヒートサイクル試験装置に入れ、初期の抵抗値である３～５Ωから温度サイクル試験（ＴＣＴ）を行い、前記試験基板（半導体ＰＫＧ）での抵抗値が１５Ωを超えた時点でのサイクル数を求めた。
　かかる耐熱性は、前記温度サイクル試験の後、その結果を用いてワイブルプロットを描き、６３％累積故障率を示すサイクル回数を指標とし、下記評価基準に基づいて評価した。
　評価基準
　　Ａ：６３％累積故障率を示すサイクル回数が１０００回以上であるもの
　　Ｂ：６３％累積故障率を示すサイクル回数が７００回以上９９９回以下であるもの
　　Ｃ：６３％累積故障率を示すサイクル回数が３５０回以上６９９回以下であるもの
　　Ｄ：６３％累積故障率を示すサイクル回数が３４９回以下であるもの
　表１～２に示す結果から、実施例１～２１のソルダペーストにおいては、ペーストの溶融性、耐衝撃性及び耐熱性がいずれも高められていることを確認できる。
　一方、比較例１～１９のソルダペーストにおいては、ペーストの溶融性、耐衝撃性、耐熱性のいずれかが劣っていた。
　以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (5)

  1. 　第１はんだ合金粉末と、第２はんだ合金粉末と、フラックスと、を含むソルダペーストであって、
    　前記第１はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＩｎを含有し、Ａｇの含有量が２．９質量％以上であり、Ｉｎの含有量が１７質量％超である合金の粉末であり、
    　前記第２はんだ合金粉末は、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕを含有し、Ｃｕの含有量が２質量％未満である合金の粉末であり、
    　前記第１はんだ合金粉末と前記第２はんだ合金粉末との混合比は、
    　前記第１はんだ合金粉末が４５質量部以上６５質量部以下であり、
    　前記第２はんだ合金粉末が３５質量部以上５５質量部以下である、ソルダペースト。
  2. 　前記第１はんだ合金粉末は、
    　Ａｇの含有量が２．９質量％以上４．５質量％以下であり、
    　Ｉｎの含有量が１８質量％以上２２質量％以下であり、
    　残部がＳｎである、請求項１に記載のソルダペースト。
  3. 　前記第２はんだ合金粉末は、
    　Ａｇの含有量が２．９質量％以上４質量％以下であり、
    　Ｃｕの含有量が０．３質量％以上１質量％以下であり、
    　残部がＳｎである、請求項１に記載のソルダペースト。
  4. 　前記第１はんだ合金粉末において、Ｉｎ／Ａｇで表される質量比が７．０以下である、請求項１に記載のソルダペースト。
  5. 　はんだ付けすることにより接合体を得る工程を含み、
    　前記はんだ付けの際、請求項１～４のいずれか一項に記載のソルダペーストを用いて加熱を行う、接合体の製造方法。
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